Orientador: Maria Regina Wolf Maciel

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Nos últimos dois anos, o Brasil vem estampando as manchetes dos principais veículos de comunicação mundiais com os anúncios das novas descobertas de reservatórios de petróleo na camada do Pré-Sal. Enormes investimentos estão sendo direcionados para viabilizar a exploração e a produção de...

Resumo: Nos últimos dois anos, o Brasil vem estampando as manchetes dos principais veículos de comunicação mundiais com os anúncios das novas descobertas de reservatórios de petróleo na camada do Pré-Sal. Enormes investimentos estão sendo direcionados para viabilizar a exploração e a produção de petróleo em profundidades ultra-profundas. Enquanto isso, as refinarias brasileiras (e mundiais) se ajustam às características dos óleos processados atualmente: cada vez mais pesado e com maiores teores de contaminantes. Para atender às crescentes demandas das indústrias e mercados consumidores, os processos de refino de fundo de barril, dentre os quais se destaca a unidade de craqueamento catalítico (FCC), ganham importância. O craqueamento catalítico converte frações pesadas em frações mais leves e de maior interesse industrial. A principal unidade de uma refinaria que fornece as matérias-primas necessárias para o funcionamento do FCC é a unidade de destilação a vácuo (UDV), usadas para recuperar frações de óleo pesadas, especialmente o gasóleo de vácuo leve (GOL) e o gasóleo de vácuo pesado (GOP). A torre de vácuo é utilizada para o processamento de óleos pesados e ultrapesados, fazendo uso de pressões sub-atmosféricas para evitar a decomposição térmica dos constituintes do petróleo. Apesar do desenvolvimento e avanço tecnológico das refinarias, modelos computacionais que permitam uma análise mais detalhada para melhorar a compreensão do funcionamento da torre de vácuo são necessários. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é apresentar novos esquemas computacionais para a representação da torre de vácuo, realizando um procedimento de análise de sensibilidade das variáveis de processo e identificando um novo ponto operacional que maximize a produção de gasóleos de vácuo (GVAC). A metodologia proposta neste projeto consiste na utilização de três resíduos atmosféricos (RAT) de diferentes características e na implementação da UDV no simulador de processos Aspen Plus, versão 22.0. Para representar a torre de vácuo, fez-se uso de quatro colunas de destilação a vácuo distintas, cada uma representando, do topo para a base: seção de retirada de GOL; seção de retirada de GOP; zona de lavagem; e seção de esgotamento. Após a implementação da torre e a criação de especificações para os produtos GOP e GOL, foi realizada uma análise de sensibilidade para avaliar a influência das variáveis operacionais no processo de recuperação do RAT. Os parâmetros estudados foram: injeção de vapor de retificação; vazão e temperatura do refluxo circulante da seção de retirada de GOL e de GOP; vazão de óleo de lavagem; vazão de hot reflux; vazão de sobrevaporizado; porcentagem de entrainment e temperatura do forno. Para um RAT particular foi possível aumentar a produção de GVAC em até 14%. O desenvolvimento dos modelos computacionais e os resultados das simulações são importantes por dois motivos: primeiro, por não serem facilmente encontrados na literatura aberta e, segundo, pela possível utilização no treinamento de operadores

Abstract: In the last two years, Brazil has been stamping the headlines of major media world with announcements of new discoveries of oil reservoirs in the Pre-Salt layer. Huge amounts of investments are being directed to facilitate the exploration and production of oil in ultra-deep depths....

Abstract: In the last two years, Brazil has been stamping the headlines of major media world with announcements of new discoveries of oil reservoirs in the Pre-Salt layer. Huge amounts of investments are being directed to facilitate the exploration and production of oil in ultra-deep depths. Meanwhile, refineries in Brazil (and worldwide refineries) now process oils that getting heavier and with higher levels of contaminants. To meet the growing demands of industries and consumer markets, conversion processes, among which stands out the fluid catalytic cracking unit (FCC), are highlighted. The catalytic cracking converts heavy fractions into lighter fractions and larger industrial interest. The main unit of a refinery that supplies the raw materials necessary for the operation of the FCC is the vacuum distillation unit (VDU), used to recover heavy oil fractions, especially the light vacuum gasoil (LVGO) and heavy vacuum gasoil (HVGO). The vacuum tower is used for processing heavy and ultra-heavy oils, making use of sub-atmospheric pressures to avoid thermal decomposition of petroleum constituents. Despite the technological advancement and development of refineries, computational models that allow a more detailed analysis to better understand the operation of the vacuum tower are necessary. Therefore, the objective of this work is to present new computational schemes for representation of the vacuum tower, performing a procedure for sensitivity analysis of process variables and to identifying a new operational point that maximizes the production of vacuum gasoil (VGO). The methodology proposed in this project is the use of three atmospheric residue (ATR) of different characteristics and the implementation of the VDU in the process simulator Aspen Plus, version 22.0. To represent the vacuum tower, four vacuum distillation columns are used, each one represents, from top to bottom: withdrawal section of LVGO; withdrawal section of HVGO; washing zone; and stripping section. After the implementation of the vacuum tower and the creation of specifications for LVGO and HVGO products, a sensitivity analysis was performed to evaluate the effect of operating parameters on the recovery process of ATR. The parameters studied were: injection of stripping steam; flow and temperature of the LVGO pumparound circuit; flow and temperature of the HVGO pumparound circuit; flow of washing oil; flow of hot reflux; overflash percentage; percentage of entrainment and furnace temperature. For a particular ATR, it was possible to increase the VGO production by up to 14%. The development of computational models and simulation results are important for two reasons: firstly, because they are not easily found in the open literature and, secondly, for the possible use in operator training